基于PDM的信息集成技术研究硕士学位论文.docx
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基于PDM的信息集成技术研究硕士学位论文
硕士学位论文
基于PDM的信息集成技术研究
摘要
产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）源于传统工程设计活动中产生的纸质产品图和原理图以及使用CAD工具制作的物料清单。
而企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning,ERP）使用PDM和BOM数据规划和协调公司所有的事务操作（比如销售订单管理、采购、成本会计和物流等）。
PDM在企业的信息集成过程中可以被看作是起到一个集成“框架”的作用。
各种应用程序诸如CAD/CAM/CAE、CAPP等将通过各种各“对象”而被集成进来，使得分布在企业各个地方、在各个应用中使用（运行）的所有产品数据得以高度集成、协调、共享，所有产品研发过程得以高度优化或重组。
本论文在分析和研究当前PDM系统实际应用中主要出现的信息集成问题的基础上，针对其中的典型集成应用，研究了PDM与其它系统的集成模式，并进一步在Teamcenter的实际项目中，分析、验证了这些集成模式的可行性与有效性。
完成的主要工作有:
1、结合所在企业的实际情况，提出以Teamcenter为集成平台，将本企业实际加工中的CAD/CAM产品数据、工艺数据以及ERP进行全面集成管理的构想。
2、建立了CAD/PDM集成模块软件包。
此软件包以eclipserichclientplatform为实现平台，能方便地控制和访问CatiaV5中的数模数据及企业其它基础数据库中的数据，并可用于实现与Teamcenter系统的集成。
其高效性和灵活性在本企业的实际应用中得到了验证。
3、建立了PDM/ERP数据输出模块。
此模块以IntegrationToolkit（ITK）和eclipsercp为实现平台，能实现PDM汇入/读取集成系统中间数据库数据。
4、PDM集成编程实例。
通过Teamcenter控制CatiaV5的三维数模，并将数据输出到ERP，实现了Teamcenter下的CAD/PDM/ERP集成功能。
关键词：
产品数据管理，企业资源计划，集成
Abstract
ProductDataManagement（PDM）stemsfromtraditionalengineeringdesignactivitiesthatcreatedproductdrawingsandschematicsonpaperandusingCADtoolstocreatepartslists（BillsofMaterialstructures-BOM）.ThePDMandBOMdataisusedinenterpriseresourceplanning（ERP）systemstoplanandcoordinatealltransactionaloperationsofacompany（salesordermanagement,purchasing,costaccounting,logistics,etc.）.
PDMintheenterpriseinformationintegrationprocesscanbeseenasanintegratedplay"Framework"role.VariousapplicationssuchasCAD/CAM/CAE,CAPP,etc.throughavarietyof"Object"andisintegrated,sothatthedistributionofvariousplacesintheenterprise,touseinvariousapplicationsofallproductdatatobehighlyintegration,coordination,sharing,alltheproductdevelopmentprocesscanbehighlyoptimizedorrestructured.
InthispaperanalysisandstudyofthepracticalapplicationofthecurrentPDMsystem,mainlyintheintegrationproblem,basedontheintegrationofapplicationsforwhichatypicalstudytheintegrationofPDMandothersystemsmodel,andfurtherpracticalprojectsinTeamcenter,inordertoanalysis,verifythefeasibilityoftheseintegratedmodelsandeffectiveness.
Themainresearchworksofthisthesisareasfollows:
1.IntegrateeffectivelytheCAD/CAMproducts,processplanningdataandERPofourenterprisetakingtheTeamcenterasanintegrationplatform.
2.AsoftwarepackageofCADandPDMintegrationissetup.ItisdesignedonEclipseRichClientPlatformasitsrealizingplatform.ItcancontrolandvisitsafelytheCAD/CAMdatainCatiaV5andotherdatainourenterprise'sdatabasestoestablishautomaticallyvariousBOMinformationdatabasesandworkoutprocessplanningdatafiles.ItcanbeusedintheintegrationwithTeamcenter.Itshighefficiencyandflexibilityareverifiedthroughourownenterprise'sactualuse.
3.AmoduleofPDMandERPintegrationissetup.ItisdesignedbyIntegrationToolkit（ITK）inTeamcenterandEclipseRCPasitsrealizingplatform.Itcanexchangedatefromintermediatedatabase.
4.AnintegrationofPDM/CAD/ERPexampleisfinished.RealizetheintegrationofCAD/PDM/ERPthroughputting3dimagedataofavehiclepartintomycustomizedmodule.
KeyWords：
PDM,ERP,Integration
目录
摘要i
Abstractii
图目录III
表目录IV
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.1.1制造业信息化面临的问题1
1.1.2PDM集成的必要性1
1.2研究意义2
1.3论文的组织结构2
第2章PDM综述4
2.1PDM概述4
2.1.1PDM简介4
2.1.2PDM的历史5
2.1.3PDM的研究现状6
2.1.4PDM的发展趋势6
2.2PDM在企业信息化中的地位7
2.3本章小结8
第3章基于PDM的CAD/CAPP集成技术9
3.1PDM平台的通用体系结构9
3.2PDM平台对CAD/CAPP的支持10
3.3基于PDM的CAD/CAPP10
3.3.1基于PDM的CAD/CAPP的体系结构10
3.3.2基于PDM的CAD/CAPP的特点11
3.4基于PDM的CAD/CAPP集成接口分析12
3.5基于PDM的CAD/CAPP集成模式13
3.6本章小结14
第4章基于PDM的ERP集成技术15
4.1ERP/PDM集成分析15
4.1.1ERP和PDM差异分析15
4.1.2ERP/PDM的集成模式分析18
4.2集成中的BOM的技术20
4.2.1基于BOM信息模型的ERP与PDM系统集成的3种模式[29]21
4.3本章小结24
第5章典型的集成技术应用25
5.1系统总体开发目标25
5.2技术背景25
5.3总体集成方案26
5.4系统的开发实现26
5.4.1CATIAV5与Teamcenter集成26
5.4.2PDM与ERP（中间文件方式）集成32
5.5本章小结34
第6章总结与展望35
6.1工作总结35
6.2工作展望35
参考文献37
作者简历39
致谢40
图目录
图2.1ERP主要模块14
图4.1PDM与ERP的数据交流25
图4.2直接数据库模式31
图4.3内部函数调用模式32
图4.4中间文件模式32
图5.1SAXparser35
图5.2Savemanagerhandler36
图5.3Creation_process37
图5.4Catia_access38
图5.5teamcenter集成39
图5.6CATIAV5集成39
图5.7PDM汇出数据逻辑41
图5.8PDM读取数据逻辑41
表目录
表4.1三种集成方式的比较32
表5.1零件数据汇出临时表38
第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1制造业信息化面临的问题
随着中国制造业规模的逐渐扩大，制造企业对自身信息化战略的实施不断加强，用于制造业各个环节的计算机辅助系统如CAD、CAPP等得到了越来越广泛的应用，这不仅使企业取得了明显的效益，还促进了生产力的发展。
[1]但是，由于CAD系统、CAPP系统和ERP系统是单独发展起来的，它们在生产制造等各个环节的应用相对独立，而且本身并不具备互相集成的能力，无法实现系统之间信息的自动化传递和交换。
这样就导致了应用系统各自为战，分别产生不能自动交互大量数据，即信息孤岛[1]。
信息孤岛的出现使得各个系统之间的数据交互居然要依靠手工来处理：
CAD系统的设计结果不能直接为CAPP系统所接收，需要人工将设计图样、文档等文件转换成CAPP系统所需的输入数据，并通过人机交互的方式输入给CAPP系统进行处理。
而在CAM系统进行计算机辅助数控编程时，同样需要人工将CAD或CAPP系统输出文件格式转换成CAM系统所需的输入文件和数据，然后再人工输入到CAM系统。
CAD/CAM系统产生的工程数据无法直接给ERP系统使用。
人工转换过程中大量的手工重复劳动、转换过程中不可避免的错误不仅会降低工作效率，还会给生产带来极大的安全问题，使企业信息化带来的效率与效益的提高大打折扣。
1.1.2PDM集成的必要性
许多企业已经意识到自身信息化过程中存在的问题，并积极寻求解决方案。
如何实现信息的有序管理及集成是解决问题的关键，企业在已有一定的计算机辅助工具的基础上，需要一个统一的集成平台从宏观上将各种应用软件集成起来，并对其产生的大量数据进行统一管理与控制；用先进的信息管理手段支持团队的异地协作，保证产品数据的安全、可控，并可以跟踪产品开发进度及适应数据的频繁修改等。
[2]随着企业的上述应用需求，集成平台的发展要求已经越来越迫切。
为了方便起见，人们在已经在很多企业得到应用的产品数据管理系统（PDM）上扩展功能，把它从单纯的设计数据共享的系统，逐步变成为一种信息集成及管理平台。
有了PDM这个产品数据信息的统一管理平台，各种计算机辅助系统如CAD、CAPP，ERP等都可以选择与PDM系统集成，使PDM作为数据的统一管理平台，各个系统都可以从PDM提取各自所需的信息作为系统的输入数据，处理结果也会存入PDM进行统一管理。
1.2研究意义
本文研究的基于PDM的集成技术有重大的工程意义，集成化的PDM可以真正成为连接产品信息数据的纽带，有效保证现代制造过程中信息的交流和共享。
（1）通过对产品设计数据的充分利用，可以高效地完成制造工艺的设计和管理、工艺流程管理和版本管理，并为ERP系统提供数据准备和信息交流的渠道。
（2）集成带来的工艺设计与管理水平的提高，可以提高效率、保证工程的质量和工艺的标准化规范化，可以缩短工艺准备和生产技术准备周期并最终达到缩短产品研制周期、生产周期和提高产品质量的目的。
总而言之，基于PDM集成技术能够给企业带来的巨大的经济价值，它未来的应用前景也是不可估量的。
1.3论文的组织结构
本论文各章节安排如下：
第一章本章在分析现代制造企业信息化过程中存在的信息孤岛的问题的基础上，提出了基于PDM集成技术这一研究方并阐述了研究的价值和意义。
第二章本章综述了PDM的相关背景及其在企业信息化中的地位。
第三章首先介绍了PDM平台的体系结构和PDM对CAD/CAPP的支持，接着介绍基于PDM的CAD/CAPP系统，对基于PDM平台的CAD/CAPP系统的体系结构、特点作了阐述。
最后分析了基于PDM的CAD/CAPP集成接口，总结出基于PDM平台的CAD/CAPP的三种集成模式。
第四章本章对PDM和ERP之间的集成技术进行了探讨，还要关于集成中用的BOM。
第五章本章对Teamcenter的PDM/CAD/ERP集成技术进行了现实开发，为以后的集成开发工作提供参考。
第六章总结与展望。
本章对论文进行结论性总结，对下一步工作进行展望。
第2章PDM综述
2.1PDM概述
2.1.1PDM简介
PDM（ProductDataManagement）是产品数据管理的简称[3]。
专门从事PDM和CIM相关技术咨询业务的国际公司CIMdata公司总裁EdMiller在“PDMToday”一文中给出的PDM的定义是：
PDM是管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。
[4]
与产品相关的信息包括即描述产品的各种信息，如CAD、CAE、CAM文档、零部件物料清单（BOM）、产品配置、事务文件、产品订单、电子表格、生产成本、供应商情况等；与产品有关的过程包括与产品相关的加工工序、加工指南、工作流程、信息的审批和发放等过程信息的定义和管理。
[3]
PDM涉及到产品生命周期的方方面面，它管理从设计到加工开发全过程的产品的数据，将所有与产品信息相关的过程集成到一起。
它把数据库的管理功能、网络通信功能和系统控制功能相结合，提供了产品全生命周期的信息集成化管理，并支持建立一个并行化的产品开发协作环境。
[3][5]
由于PDM的强大的产品数据管理功能，它目前在企业中得了广泛的应用，并成为支持企业重组、CIMS工程等的使能技术，成为企业提高自身竞争力必须具备的手段。
一般的PDM系统具备如下基本功能：
[3][6]
1．电子仓库及文档管理
电子仓库是PDM中的核心功能[7]，它一般建立在关系型数据库基础上，保存管理数据的数据（元数据）以及指向描述产品的相关信息的物理数据和文件的指针，它为用户存取数据提供一种安全的控制机制，并允许用户透明地访问全企业的产品信息，而不用考虑用户或数据的物理位置。
2．产品结构与配置管理
产品结构与配置管理也是PDM的核心功能之一，它以电子仓库为底层支持，以材料清单（BOM）为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、控制和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。
3．工作流程管理[8]
工作流程管理主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交修改控制或监视审批、自动通知控制等。
它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。
4．分类检索及零件库功能
PDM的分类检索和零件库功能就是为最大程度地重新利用现有设计创建新的产品提供支持，以便创造出新的产品。
它包括零件库的接口功能、基于内容的而非基于分类的检索和构造电子仓库属性编码过滤器的功能。
2.1.2PDM的历史
PDM是当今计算机应用领域的重要技术之一，它最早出现在八十年代早期，当时的目的只是为了解决大量工程图纸、技术文档以及CAD文件的管理困难，后来逐步扩展到产品开发的几个主要领域：
设计图纸和电子文档的管理、材料清单（BOM）的管理、工程变更请求与指令的跟踪与管理。
1995年，主要致力于PDM技术和相关计算机集成技术的国际咨询公司CIMdata的总裁在PDMToday一文中提出了PDM的明确定义，指出一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人员在产品整个生命周期内自由共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸和数字化文档、CAD文档和产品结构等。
[4]
随着网络、数据库技术的发展，PDM技术在九十年代得到了迅猛发展。
PDM技术在国外已得到广泛的应用，PDM市场在国内同样也已呈现出较好的势头。
[6]
现代PDM技术所涉及的领域已经超出了设计、工程部门的范畴，逐步向生产、经营管理部门渗透。
PDM不仅可以有效地将从概念设计、工程分析、详细设计、工艺流程设计、工装夹具设计、制造、销售、维护、直至产品报废的整个生命周期与产品相关的数据予以定义、组织和管理，使产品数据在整个生命周期内保持最新、保证数据的安全和实现共享；同时还为各种软件的应用提供统一的集成运行平台，成为连接CAD/CAM/CAPP系统、MIS系统、MRPII/ERP等管理与控制系统的桥梁和纽带[9]。
总而言之，PDM正朝着企业全局信息集成的方向发展。
2.1.3PDM的研究现状
近年来，随着市场需求的不断增大，产品数据管理技术得到了迅速发展。
对于PDM的研究，国内外都取得了较大的进展。
目前PDM的主要的研究方向有以下几个方面：
1．PDM与CORBA技术和Web的结合
技术发展和企业发展导致计算机支持的企业生产、管理工作向复杂的分布式异构环境中发展，因此需要一个支持分布环境下协同工作的模型。
PDM系统作为一种应用框架，其开放性和扩展性要求与Web的开放性体系结构相互补充。
使用CORBA在Web上构建的PDM能够支持异地和异构环境的设计与制造，很好地适应网络化虚拟设计的产品数据和过程管理。
2．PDM系统向企业全局信息管理发展
传统的PDM系统仅限于设计阶段工程数据的管理，管理的重点为工程信息，今天PDM技术所涉及的领域己经超出了设计、工程部门的范畴，逐步向生产、经营管理部门渗透。
PDM不仅仅充当CAD和工程部门文档的管理者的角色，更重要的是充当了产品开发过程中生成的、分配的全部信息的管理者。
目前能管理企业全局信息的PDM系统已经成为PDM研究的热点。
3．PDM的应用集成技术
PDM诞生之初就是为了解决计算机辅助系统所产生的文档管理问题的，因此PDM与计算机辅助系统如CAD、CAPP、CAM以及ERP系统之间的数据交换问题一直是PDM领域的研究热点。
2.1.4PDM的发展趋势
最近几年里，PDM理念和技术一直在快速地发展，许多新产品比前一代有了重大改进。
这些改进主要反映在产品适应能力、用户界面、功能性、体系结构和平台支持上。
目前PDM技术主要有如下发展趋势：
[3][5]
1．PDM产品适应能力不断提高
适应能力的提高具体表现在通过PDM产品的系统配置能力，便能够适应各企业的不同需要。
2．PDM的功能继续改进
一方面继续完善日常应用功能，另一方面不断加强对实用功能的支持。
3．Web使能技术得到广泛应用
Web是PDM的一项非常重大的使能技术，它与Internet及Intranet一起，推动了PDM的大众化。
而Web提供一种支持成本低的通用的用户界面，可以解决最终用户访问难这一推广PDM的障碍。
2.2PDM在企业信息化中的地位
今天的企业所面临的问题是一个全面数字化的问题，企业所需要的是一个集中、集成的数据平台，因此，需要从整体上考虑不同应用系统之间的关系，下面我们先看看企业信息化的主流系统。
企业信息化分为四个主要的业务领域，由四种主要的IT信息系统所代表。
它们是：
ERP（企业资源规划系统）：
面向企业的物质资源，侧重对有形资产进行管理和整合，涉及生产、销售、库存、供应、财务、人力资源等各个环节。
SCM（供应链管理系统）：
优化企业供应链，让企业更好地采购制造产品和提供服务所需的原材料和服务，并将产品送达客户，涉及供应商、仓储、运输和销售渠道等各个环节。
CRM（客户关系管理系统）：
以企业的客户为中心，从获取和保存客户资料到跟踪客户、签单、售后服务、纪录缺陷、反馈客户需求等业务，支持产品研发、营销和服务流程。
PDM（产品数据管理系统）：
侧重对无形资产进行管理。
以企业的产品为核心，在其全生命周期内，横跨整个企业和供应链，协同化地支持产品定义信息的生成、管理、分发和使用，充分利用企业现有智力资产，推动创新产品的研发。
PDM在企业信息化架构中的地位取决于企业对PDM的期望。
一般说来，企业实施PDM的目标可分为大小两种。
大的目标是将PDM作为集成平台或集成框架，对产品设计、工艺、制造、计划、销售、维护等过程的相关数据和过程进行管理。
而小目标则是将眼光专注于设计环节，将这个环节产生的数据有效地管理起来。
从集成的角度讲，此时PDM往往会挂在其他的集成框架上。
企业究竟要实现何种目标和自身的特性有关。
要看产品开发在企业价值链中的地位，尤其对于那些两头大、中间小的“哑铃型”企业来说，将PDM作为集成平台往往是一种理性的选择，最终建立PDM为核心的产品全生命周期管理，形成产品全生命周期管理生态链。
过去，人们早就注意到了系统的集成问题。
但是，更多的集成工作内容是实现数据的传递和转换，传递的数据是静态的而非动态；传递的方式是迟滞的而非实时。
传递的数据是机械式的累积而非精炼后提升的信息和知识。
最关键的是，在系统彼此连通的基础上，这些信息和知识没有有规律地、有组织地在一个内涵更广泛的“生态系统”内畅通地循环流动起来，增值起来。
PDM则可以将从产品生命周期下游（包括从各系统中）获得的经验、知识，及时反馈到生命周期的上游，在一个更高的起点上，支持新的产品决策，为企业带来更大的效益。
2.3本章小结
本章综述了PDM的相关背景及其在企业信息化中的地位。
第3章基于PDM的CAD/CAPP集成技术
3.1PDM平台的通用体系结构
目前主流的PDM系统体系结构整体分四层，从底层向上分别为底层平台层、PDM核心服务层、PDM应用组件层和用户层。
1．平台层底层平台主要指异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信协议、数据
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